換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全影響分析及處理措施研究

程險峰

(北京京港地鐵有限公司，北京 100068)

0 引 言

經濟的發展促進了城市地鐵交通建設，以地鐵為代表的交通設施建設工作需求量呈現逐年增加的趨勢，在發展此項工作時，穿越施工工程成了新建工程的關鍵節點。尤其是對于穿越運營地鐵的工程，在確保既有運營地鐵安全的情況下，新建工程如何順利安全的施工成了一個亟須解決的問題[1]。為了保證既有地鐵車站在運營中的安全性，下述將以北京地鐵19號線一期工程項目為例，進行換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全影響的分析，并以此為依據，提出對應的安全處理整改措施，在確保新建工程自身施工安全的同時，盡可能地降低對既有地鐵車站結構安全的影響，保障地鐵的安全運營[2]。

1 換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全風險因素分析

將工程項目中的安全風險劃分為自身風險與環境風險，下述將對提出的兩種安全風險進行識別，結合風險等級與風險現象的描述，設計工程整改方案與對應的風險處理措施[3]。對自身風險進行描述，見表1。

表1 換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站自身風險

在此基礎上，提出三個方面的環境風險，對其進行識別與描述。

(1) 換乘通道下穿2 000 mm×2 000 mm電力管溝工程，此工程風險屬于一級風險。此電力管溝建成于2014年，管溝材質采用現澆鋼筋混凝土。管溝凈寬2 m，凈高2 m，壁厚0.25 m；管溝底埋深約4.1 m，管溝底距拱頂高度約0.65 m。

(2) 換乘通道下穿1 200 mm×500 mm改移管溝工程，此工程風險屬于二級風險。管溝為車站主體施工改移施工，管溝底埋深約2.0 m，管溝底距拱頂高度約1.4 m。

(3) 2號換乘通道臨近既有站1號緊急疏散口工程，此工程風險屬于二級風險。既有站1號緊急疏散口位于換乘通道北側，距離結構最小距離約為8.33 m。

為解決上述提出的三種工程風險，提出如下所示的風險處理與解決措施：在施工前做好對管線的核查，了解管線結構現狀及運營現狀[4]。對通道上半斷面及通道間土體進行深孔注漿超前加固，及時進行初支及二襯背后注漿。同時，加大監測的頻率與次數，并在監測過程中結合反饋的結果，對施工作業方案、施工技術、施工參數進行及時調整。

其四為既有大興線新宮站側墻破除工程，此工程風險屬于一級風險。19號線新宮站換乘通道臨近并接入既有大興線新宮站。開洞尺寸為7.6 m×4.5 m。為解決風險問題，應在施工前對既有結構進行充分調查、復測，對側墻裂縫與變形進行檢測[5]。同時，在既有結構內側施作工字鋼加強環梁，采用繩鋸法破除。

2 安全處理措施研究

2.1 確定安全管理組織保障措施

為提高在既有地鐵車站中完成換乘通道暗挖施工的安全性，對其進行安全處理。首先，確定安全管理組織保障措施[6]。由負責工程項目的經理部門選擇各個專業人員組成安全管理小組，并按照如圖1所示的內容進行安全保證體系的建立。

圖1 安全管理組織保證體系結構圖

在完成對保證體系的構建后，具體實施安全管理措施時，應當由領導層組織各小組成員完成對每一天碰頭會議的召開，并對施工過程中實際出現的安全方面問題進行交底，同時還應當以一周為單位完成一次全管段的安全質量檢查，并完成安全技術交底和布置工作。在管理過程中，應當充分滿足傷亡控制指標要求、施工安全達標要求以及文明施工要求。

2.2 換乘通道暗挖施工現場監測監控

在明確安全管理組織保障措施基礎上，需要對換乘通道暗挖工程項目的施工現場進行監測和監控。監測與監控的主要內容包括對施工區域地質條件的勘探，對地基沉降情況的監測以及對地下水位和周圍位移情況的監測。在監測過程中，為了確保監測精度，必須選擇針對不同參數進行測定的儀器設備，同時對其精度提出更高的要求[7]。在對沉降情況進行監測時，可選用電子水準儀以及銦鋼尺等對其進行測定，測定依據為二級水準測量標準。沉降監測的主要參數包括地表沉降值、地下管線的沉降值等[8]。在具體開展暗挖施工時，應當在地面存在變形問題以外的區域，對測點進行埋設，并完成對水準網的布設。在實際監測時，首次監測可以根據監測條件，適當增加測回數，通常情況下，可選擇三次測定結果的平均值作為初始讀數值。表1為換乘通道暗挖施工現場監測監控表。

除表1中內容以外，路面沉降速率要求：路面沉降速率不大于2 mm/d。為了確保監測監控的質量，除了按照上述內容，采取合理的儀器設備實現對其相關參數的測定以外，還應當安排專業人員對暗挖施工過程中土質情況、支護結構體系等進行重點監測。結合監測得到的信息，分別從變形量和變形速率兩個方面實現對測點的安全風險判斷，在綜合二者后給出具體的預警判斷結果。

表1 換乘通道暗挖施工現場監測監控表

2.3 監控測量數據分析與預測

按照上述內容實現對換乘通道暗挖施工現場的監測和監控后，針對獲取到的數據進行處理。針對原始數據信息可按照從大到小的方式，獲取數據的特征值，并針對離群的數據信息進行取舍。在對離群數據信息進行取舍時，可綜合數據的離群分數，將其作為依據。數據離群分數的計算公式為：

(1)

式中：χ為監控測量數據的離群分數；i為某一監控測量數據點與數據集合之間的最短距離；n為重復離散操作次數。

在對離群數據進行選擇時，對數據離群分數閾值進行設定，若按照上述公式計算得出的結果在設定閾值范圍內，則說明該數據不屬于離群數據，可將其歸類為監控測量數據；若按照上述公式計算得出的結果不在設定閾值范圍內，則說明該數據屬于離群數據，將其歸類為離群數據并剔除。針對實際測量得到的數據信息，將其作為基礎，引入函數近似的方法計算得出與測量規律相符但無法通過實測方式獲取到的數據。針對每一個監測監控點上得到的結果，都需要結合安全管理基準以及位移變化速率等內容對其進行綜合判斷，并以此得出暗挖施工過程中建筑結構和建筑物的實際安全狀況，將所有測點上的監控監測信息匯總，并以一周或一個月為單位完成對安全監測管理報表的編寫，將相關文件同步反饋到施工部，由施工部嚴格按照反饋內容對施工進行指導，并對施工參數進行調整，最終確保暗挖施工的安全，同時在監控監測信息的支撐下，暗挖施工的效率也能夠得到進一步的提升。

除了新建工程暗挖洞內的監測以外，針對既有車站內部也需要進行第三方監測，結合檢測評估報告以及相關專項設計文件，確定在既有的車站內部的監測范圍以及具體監測項目，監測的主要內容包括車站結構的沉降量、變形縫差異沉降量以及軌道結構沉降量等。在實際施工過程中，除了需要強化對既有車站結構以及軌道變形情況的監測以外，還應當做好相應的應急處理準備工作。針對換乘通道破洞位置，既有車站結構變形及應力也需要進行監測。在明確既有車站內部監測范圍后，進行車站現場安全巡視范圍的確定，可將此項工作從下述兩個方面入手。其一，對車站內部采用巡視的方式，明確既有車站隧道底板的埋深，保證車站周邊環境施工作業不會對既有結構安全性造成影響。其二，在進行既有車站線路的安全巡視時，應參照監測范圍確定巡視范圍，確保對開挖過程中支護結構的監測。以此種方式，實現對既有車站內部的監測。

2.4 監控測量反饋與風險預警

為實現對安全風險的直觀判斷，通過四種顏色實現對其可視化。監控量未超過控制值70%時，處于未預警綠色狀態；針對監控量超過標準數值70%的情況，用黃色預警響應顯示；針對監控量超過標準數值80%的情況，用橙色預警響應顯示；針對監控量超過標準數值90%的情況，用紅色預警響應顯示。三種預警響應，顏色越深表示危險程度越高，以此能夠在實施安全管理的過程中，第一時間根據預警響應的顏色對現場安全風險情況進行判斷。針對本文上述提到的工程項目，其監控量測的資料均通過計算機專業技術軟件進行自動化分析和處理，對于監測信息的反饋可按照圖2所示的流程實現。

圖2 監測信息反饋流程示意圖

根據工程施工現場的實際情況，在獲取到監控測量反饋信息的基礎上，做出相應的風險預警響應。由施工單位將監測到的數據上傳到信息平臺，并由第三方監測對上傳的監測數據進行分析比對，再加之運營地鐵第三方監測數據，以此提供更加準確的施工安全風險預警信息。將預警信息作為依據，在開展后續施工中，嚴格按照預警信息實施各項工程作業任務，以此在最大限度上提升暗挖施工的安全性，并確保運營地鐵的安全。

3 對比分析

以北京地鐵19號線一期工程項目為例，對設計方法進行檢驗。證明本文提出的安全處理措施具有可行性，可以保證換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全。

實驗前，獲取此工程項目概況信息。新宮站換乘通道位于車站西側，沿規劃京良路東延布置，與既有大興線新宮站進行換乘。換乘通道采用暗挖法施工，拱頂埋深最小約3.2 m，標準段凈高5.05 m，下穿電力管溝段凈高3.75 m，凈寬6.6 m；1號換乘通道總長為24.63 m，2號換乘通道總長為25.7 m，兩換乘通道間的間距為2.4 m。穿越地層主要為粉質黏土、粉細砂、卵石層，拱頂主要位于粉質黏土層。

根據地質詳勘報告，換乘通道主要存在一層地下水，地下水類型為層間潛水～承壓水(四)，初勘及詳勘階段地下水位具體情況見表3：

表3 地下水位觀測情況

地下水平均年變幅為2～3 m，現狀水位埋深為23.90 m，絕對標高約為18.00 m，位于通道底板以下約13.7 m，無須進行地下水處理。工程實施中，車輛沿槐房西路進入施工現場，槐房西路為雙行六車道?，F場用電由業主提供1臺800KVA 的變壓器供電。現場用水由業主提供1臺 DN100上水管接頭供水。根據上文論述可知，此工程項目的現場施工條件基本可以滿足需求。

完成對此項目的技術交底后，按照上文設計的內容，對建設工程進行安全管理，評價不同施工單元在四級監測下的安全狀態，如圖3所示。

圖3 不同施工單元在四級監測下的安全狀態

從圖3可以看出，處理后施工現場的安全狀態為“綠色未預警”，證明施工現場無影響安全的因素。處理前的施工現場不同單元預警結果不同，但其預警等級均高于“未綠色未預警”等級，說明施工現場存在影響安全的因素。

4 結束語

本文以北京地鐵19號線一期工程項目為例，開展換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全影響分析及處理措施的研究。經實踐驗證證明，本文設計的方法應用到施工中，可以保證不同施工單元在四級監測下保持“綠色未預警”安全狀態。但要進一步保障施工現場的安全，還應在本文提出內容的基礎上，增設施工中的應急聯動，為最大限度地降低施工過程中出現險情，減少對周邊建構筑物安全與穩定的不利影響，施工單位與相關單位建立應急搶險聯動機制，一旦出現險情啟動該應急預案，根據事故險情嚴重情況，確定是否進行聯動搶險。當出現周邊地鐵結構變形超限、道路地表沉降或隆起超過警戒值、圍護樁水平及垂直位移速率超過警戒值等情況時，啟動應急搶險預案。

同時，當新建工程出現支撐體系失穩問題時，值班技術員要迅速下令停止施工，使用臨時支撐結構進行初支的加固處理，加固范圍為失穩段兩側各延長一倍洞徑，同時將現場情況上報至項目經理部、地鐵運營公司及相關各方。以此種方式，保證工程項目的順利實施以及周邊地鐵的運營安全。